中國科學家研發超高並行光學計算集成芯片,實現創紀錄運算速度

中國科學家研發出全球首個超高並行光學計算集成芯片,理論運算速度達到 2,560 兆運算每秒(TOPS),光學時鐘頻率為 50 GHz。

根據 CGTN 報導,該設備由中國科學院上海光學精密機械研究所(SIOM)研製,並在期刊 eLight 中介紹。

SIOM 的設計將激光分為超過一百個不同顏色的通道,這些通道同時在同一個指甲大小的芯片上運行,這一架構使得數據吞吐量大幅提升,即使物理占地面積和時鐘速度保持不變。項目負責人謝鵬將其比作將單車道的道路改為百車道的高速公路。

這一技術得益於孤子微梳源,這些微小的環形共振腔將連續激光分割成一系列均勻間隔的光譜“牙齒”,每個牙齒承載獨立的比特流。由於光不會受到電子電路中存在的阻抗加熱影響,這些並行通道可以並行運行,能量損失極小,熱瓶頸風險也很低。

SIOM 報告顯示,該芯片擁有超過 40 nm 的光學帶寬、低插入損耗以及完全可重構的路由,使其能夠處理從圖像識別到實時信號處理等多種任務。

研究人員表示,這種高並行度的芯片有望為人工智能模型提供比當前圖形處理單元更具能效的替代方案。神經網絡依賴許多相同的數學運算,自然適應於芯片的多通道結構。

此外,該技術的低延遲使其對邊緣設備極具吸引力,適用於高頻交易伺服器和無人機群等場合,這些場合對毫秒的響應時間和電力預算要求嚴格。

除了人工智能,該架構還可能加速物理模擬、醫學成像以及其他在純電子硬件上運行困難的數據密集型工作負載。項目工程師韓西林強調,這些增益並不需要縮小特徵或提高時鐘速度:“我們增加的是通道數量,而不是速度限制,”他在 CGTN 的報導中表示。

在光學芯片研究方面,另一個中國團隊上周達成了製造里程碑。上海交通大學的集成光子學探索中心(CHIPX)宣布啟動中國首條薄膜鋰鈮酸鹽(TFLN)光子芯片的試點生產線。

根據 SCMP 的報導,這些六英寸晶圓的調製帶寬已超過 110 GHz,光學損耗低,且每週迭代周期,這在原型實驗室通常需要更長時間。

CHIPX 主任金賢敏表示,這條生產線經過十五年的材料和工藝開發才得以完成。儘管歐洲和美國早些時候開設了較小的光子工廠,但中國設施使用脆性但高性能的鋰鈮酸鹽,年產能力達到 12,000 個晶圓,這標誌著中國在大規模光子製造方面邁出了重要一步。

這兩項公告凸顯了中國本月光學芯片研究和生產的快速進展。雖然每項技術獨立發展,SIOM 的多波長處理器在並行光子計算方面開創了新局面,而 CHIPX 的試點生產線則專注於將不同類型的光子設備推向市場。這些進展共同推動著一個快速發展的領域,旨在以更少的電力傳輸更多的信息,這次,實際上是以光速進行。

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Henderson
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